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针对传动轴提前发生疲劳失效问题,开展对应力状态及寿命的研究,通过对实测载荷的分析,得出传动轴提前发生疲劳失效的原因是左右两侧花键输出载荷不一致,利用有限元软件建立传动轴有限元模型,得到传动轴右侧齿根处应力最大,是传动轴的薄弱部位.采用响应面法和遗传算法对传动轴的结构参数(齿根圆角、花键过渡圆弧及光轴圆弧槽深)进行优化,优化后的传动轴齿根薄弱部位应力降低了28.3％,传动轴的疲劳寿命提升了五倍,可靠度更高.最后以比例缩小试样进行疲劳试验,试验结果表明传动轴寿命提升到原来的两倍.通过试验验证了优化方法的有效性,方法对之后轴类零部件优化有一定的参考意义.